分享 | 陈清伟,北京大学附属中学科技首席教师
本文主要从四个方面进行分享：一是跨学科课程的来历，即为什么要做跨学科；二是跨学科课程的四种设计方法；三是做跨学科课程研究的意义；四是开课建议。
01
跨学科课程来历
第一个参考文件是今年5月教育部等十八部门发布的《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》。
在“创造条件丰富内容，拓展科学实践活动”这条要求下面，提到“落实跨学科主题学习原则上应不少于10%的教学要求”，这和义务教育阶段课程标准的要求是一致的。
另外，“强化年级学段有机衔接”，就是现在经常讲的“贯通培养”。“统筹规划科学教育与工程教育”，任何学科如果想做实践活动，必须要有工程教育，这也体现了实践性、综合性。
第二个参考文件就是2022年版的义务教育阶段课程方案。它也规定，各门课程要拿出10%的课时进行跨学科主题学习。
跨学科课程有四个特征。
综合性：加强课程内容与学生经验、社会生活的联系，强化学科内容知识整合，统筹设计综合课程和跨学科主题学习。
因为学生们面临的问题就是综合化的，不能用单一学科去解决。
实践性：加强课程与生产劳动、社会实践的结合，充分发挥实践的独特育人功能。突出学科思想和探究方式的学习，加强知行合一、学思结合，倡导“做中学”“用中学”“创中学”。
之所以强调实践性，我认为，更多是因为实践活动有一定的育人价值。学生在进行实践活动的过程中会思考，自己要解决什么样的问题，解决了这个问题会产生什么帮助，这体现了学生对他人和社会的关爱。
基于实践的学习强调基于真实问题，老师在给学生设计项目的时候，问题要真实，不能随便去假设一个问题。
开放性：学科视域开放、真实情景开放、学习过程开放、学习结果开放。
由于项目不一样、学情不一样、老师擅长的领域不一样，所以学生的学习情景、学习过程和学习结果都是可以开放的。在让学生做项目的过程中，可以给学生规定好项目流程，但流程中哪一个决断先做，哪一个后做，学生可以自己做决定。而且，不是以单一的结果来评价学生，比如，给学生布置了一个项目，并不是只有作品做得特别好才能得高分，如果过程做得特别好，也可以得高分，甚至，即使实验结果是失败的，只要学生在探究的过程中能积极努力地解决问题，他在“情感态度”这一项上也能得到比较高的分数。
灵活性：跨学科主题学习是学校具体规划、教师具体实施、学生具体完成的学校自主活动体系。
下面简单介绍一下我们做跨学科课程的契机。
2021 年，因为很多教具年久失修，教学效果不是很好，有物理老师找到我，希望我能对教具做改进设计。
第一幅图是传统的物理电容充放电实验的示教板，它有两条电路，一条是充电电路，另一条是放电电路。电容充满电之后，额定电压能到达到 380 伏，所以需要把它拔下来，插到右侧去观察放电的过程。并且，如果插拔不当，可能还会造成触电。
于是我就设计了第二幅图中的电路，还做了一个手工示教板，经过实验后，发现它的演示效果非常好，不但能够定性定量去研究电容的充放电过程，而且能够比较好地跟电流和电压的传感器接起来，观察波形。这个示教板的成本很低，手工做的成本只有 10 块钱。经过询价定做后，最终出炉了第四幅图这样一个示教板成品，它非常方便收纳，盖上盖子就是一个小盒子，而且电路也比较稳定。一个成品的成本只有不到百元。
对教具重新设计后，课堂教学的成本降低了，安全系数增高了，教师的演示实验可以转化成学生的体验实验。
紧接着我又发现，观测电压和电流波形的传感器比较贵，成本大概两三千元一个，而且需要依赖电脑。我就想到，其实可以通过一个彩色显示屏观测波形，所以我自己调试定做了一个
右侧这样的传感器。经过验证，它能够把电压和电流两个波形比较完美地呈现出来，成本也降了几十倍。
这个过程中，物理老师和技术老师分别发挥了不同的作用。物理老师更熟悉电路，而我更懂技术细节。
合作设计教具之后，我们又做了进一步的思考：是否可以把课堂上的知识和生活中的一些问题结合起来做一些应用？在课程的实践活动中，是否可以通过大单元设计，把知识进行串联？以及，是否可以定期开展联合教研，促进学科的融合？
02
跨学科课程设计方法
围绕这几方面的思考，在过去一个学年，我们做了两轮试验。总结了以下几种设计方法：
（1）教师合作。
可以运用通用技术的设计原则、方法，改造或设计学科重点实验教具，降低成本。
（2）通用技术项目主题融合学科课内重点知识。
比如，在物理选择性必修二中有两个案例，门窗防盗报警装置和光控开关，和生活的关系都非常紧密。这两个案例就可以作为通用技术课的项目主题，成为开展实践活动的切入点。
我们首先拿出了 7 个课时，给学生布置了主题“报警装置的设计制作”。如果直接把主题设置成“门窗防盗报警装置的设计制作”，就没有了学生自己去发现问题的过程。
所以我们设置的第一个要求是“对不良现象或行为进行提醒；优化生活环境；提高效率”，学生需要自己去发现，什么地方需要报警装置，它是要解决生活中的什么问题。这也是这个主题育人价值的体现。
第二个要求是“利用当前所学知识：用模拟电路实现功能，用技术知识设计结构。”
如果让学生用传感器或者数字电路去做一个报警装置，做起来就非常简单，但是和学生当前的物理学习离得比较远。所以我们要求学生必须用模拟电路设计，整体的设计流程也要依据通用技术的设计流程，包含发现问题、明确问题、构思方案、权衡方案，然后进行电路设计与调试、结构设计与制作，最后进行组装调试、作品展示及评价优化，并撰写项目报告。这是一个完整的项目流程。
在这个主题下，学生其实能发现很多问题。比如夏天垃圾桶满了之后不能及时倒掉的话，肯定会有异味或者细菌产生，有学生就提出希望做一个垃圾桶满装检测提醒装置。其他还有出门带钥匙提醒、公共区域的噪声提醒、盆栽浇水提醒等等。
引导学生发现问题之后，就需要学生进行设计。这里我们又借助了物理书上的两个案例，一个是热敏电阻的特性，一个是液位报警装置的电路图。
这是学生做的一个出门关灯提醒装置，左侧是他画的电路图，很好地应用了物理课上学到的元器件。然后他又做了一个实物模型，做得也特别用心。当门打开的时候，如果屋里的灯没有关，电路就会报警。
还有学生去过医院或者敬老院，发现有人在输完液之后，可能由于行动不便等原因，不能及时去拔针，就会造成血液回流，所以有学生就想做一个输液报警提醒装置。他设计的电路图，没有用任何智能传感器，只使用了一些物理手段，加上一个简单的模拟电路。这个学生还测试了，当瓶子里液体发生变化时，弹簧会发生怎样的形变。当弹簧到达相应位置，电路就会接通，然后开始报警。这里面不但有对学生社会责任感的培养，也有对工程意识、动手能力以及创新实践能力的培养。
出门忘带钥匙提醒装置，这也是一个做得比较好的案例。学生做得比较巧妙的一点是两个电路的联动，灵感也是来自于物理课本上门窗防盗报警和光控开关的两个电路的结合。更巧妙的是，下边有一个导电的钥匙环，如果钥匙没有拿下来，电路就是接通的，钥匙拿走之后，电路就会断开。这个装置最终的实现效果也非常好。
（3）运用通用技术知识，为学科理论提供更多实践机会。
比如手摇发电机系统的探究与设计制作，传统的手摇发电机就是在发完电之后驱动LED 发光。我们给它增加了一些有趣的设计，让它终端的现象更加明显。
还有游标卡尺的制作与创新应用，游标卡尺的读数在高考中是必考的，但是很多学生一直都搞不清楚到底该怎么读。我们的课程项目是让学生做一把游标卡尺，学生做之前肯定要了解清楚游标卡尺的原理，做完一遍之后，他自然就会用这个工具了。
（4）通用技术大单元主题教学串联学科知识。
做了前面这些设计之后，我们觉得，虽然学生做完单个的项目之后会有收获，但如果能把零散的知识点进行串联，是更好的。
在通用技术选择性必修课本中有一门课叫“智能家居应用设计”。它和物理选择性必修二中的很多知识是相关的，尤其传感器作为这本书比较重要的一个章节，有很多相关案例。
把这些零散的知识用智能家居这个综合主题统领起来，就能做大单元任务设计。学生做完之后，不会再只考虑家里某一个角落的功能设计，而是会考虑整体的家具设计。
学生做的过程中，我们会对项目流程进行严格的管理。
虽然主题确定为“智能家居”，但任务下面包含哪几个部分，每一个部分要解决什么问题，要靠学生自己去做。每组学生的流程不一样，如果老师做不到有效管理，学生可能就进行不下去。
所以我们就把整个项目流程放在了TeacherIn这个平台上。我在TeacherIn里建了一个跨学科研究性学习项目的组织空间，里面设置好了完整的大单元设计。
在第一单元，我会先给学生介绍，什么是智能家居，传感器的原理是什么，智能家居和传感器包含哪些基础知识。教学之前和之后分别有一次前测和后测，了解学生的掌握情况。
第二单元就开始通过实例学习传感器。比如通过物理课本上的家庭防盗报警装置案例，学习干簧管的原理和使用方法。
物理老师会进行理论知识的铺垫，引导学生用干簧管设计一款家庭防盗报警装置。学生会在“任务一”这一步完成电路图。
任务二环节，技术老师会带着学生做电路的连接、调试，以及实物的制作。有的组可能用不到家庭防盗报警装置，我们只是通过这个装置让学生学习如何用传感器解决问题。
任务三环节，学生可以提交自己的作品的照片和演示视频，教师可以实时打分。
任务四是讨论和交流。学生在做项目的过程中会时不时遇到一些问题，如果这时候老师没有在身边，或者他遇到了一些物理问题，但这节课是技术老师在上，他就可以在这个任务下面给相关老师留言。
第三、四单元也是同样的流程。
最后一个单元是让学生设计个性化的智能家居产品。
任务一，问题背景调研。学生会提交一个问题分析表，里面填写他要解决的问题、发现问题的途径、问题的类型、问题产生的原因、问题涉及的人群和问题解决的价值等等。最后要形成一个问题分析报告，讲清楚他到底要用智能家居解决哪些具体问题。
任务二，智能家居设计方案。针对提出的问题，小组要讨论一个设计方案。我们会给学生提供方案模板，包括设计分为哪几个大的方面、每个方面有哪些功能、每个功能用什么样的方法解决、大家的分工是什么、项目的时间节点是怎样的等等。
任务三，提交项目日志。每个组根据他们的问题去做不同的调试，会发现不同的问题，解决手段也是不一样的，所以学生需要填写日志。老师通过日志就能知道学生的制作流程。学生还需要完成一个制作说明文档，里面记录着最终的电路设计图、使用的元器件清单、小组具体分工，以及对于这个项目后续的展望等等。这个制作说明文档也是结果评价的一个重要参考。最后，学生要提交一个演示视频，对整体的作品功能做讲解演示。
评价也是非常重要的一部分，评价不能只看学生的作品，也要看文档里记录的研究过程、研究结果、研究数据等。打分也是小组互评和教师评价同步进行。
通过这样完整的项目管理，虽然学生最后做的作品不一样，但老师能实时关注学生的进程，也能实时答疑，老师和学生能形成比较好的互动关系。
我们第一次实施这个大单元课程设计的时候，学生交资料都是直接交给老师，有时候交给物理老师，有时候交给技术老师。虽然大单元主题设计这个切入点比较好，但最后整个项目流程的管理做得不是特别好。但是借助数字化的平台，这些问题是可以得到解决的。并且，在TeacherIn里把课程建好之后，还可以一键把它导入ClassIn里，应用到课堂。
这是学生做出的成品之一。设计的时候，学生会有分工，有的负责卧室，有的负责客厅，或者有的负责安全系统，有的负责灯光系统。学生在做的过程中，既会参考技术课本，也会参考物理课本，如果遇到问题，可以用探究的方式解决，比如学生对某个元器件的原理不是特别懂，他可以查网络资料，也可以查物理课本，再解决不了，可以找老师答疑。
（5）多学科教师共同教研。
我们在做共同教研时也遇到很多问题，大家的时间可能不一致，或者约好了时间但总是有老师有事。我们用了一个比较简单的方法解决这个问题，做法是把很多学科的老师放在一个办公室，遇到问题就用一些零散的时间去讨论。打破物理空间的障碍，在实际工作中非常有效。
除了项目主题的确定和项目流程的共同管理，对于评价设计的合作也比较重要。多个老师要从不同的方面做评价设计。
除了智能家具的大单元设计，我们下学期还要做两个大单元设计项目，一个是“车辆工程模型制作”，一个是“通信系统建模”。
03
跨学科课程意义
在进行跨学科课程设计的实践之后，再反过来思考，进行跨学科课程设计的意义是什么？
（1）知识本位→素养本位。
通用技术核心素养和物理核心素养，在跨学科实践项目的各环节可以得到落实。
比如情境挖掘阶段，老师可以思考，如何设计项目主题来培养学生的科学责任感；方案设计阶段，老师引导学生自己做调研、讨论；项目探究和制作阶段，学生可以进行科学探究；最后，学生自己总结规律，得出结论。
（2）学生学习方式的改变。
跨学科课程促进了以教为主，到以学为主，再到以自主探究为主的过程的转变。
（3）通过技术手段，构建实践型的育人方式。
（4）从知识点走向大概念，推进大单元主题教学。
04
开课建议
首先，如果大家在进行跨学科课程设计的时候，一开始没有找到特别好的合作点，可以先从合作教研开始。我们在合作的第一个学期就是先进行合作教研，老师们先把项目实践一轮，看看哪些项目比较好，再寻找合作契机。
其次，可以考虑从设计教具开始，设计教具的过程，也是两个学科互相了解彼此知识结构的过程。了解了对方的需求之后再进行项目设计，就是水到渠成的事情。如果对于彼此的学科知识了解得足够多，即便两个老师没有合作开课，也能进行灵活的设计，就能解决一些综合性的项目。
最后，设计完之后，如果大家觉得时间一致，而且能找到比较好的问题，就可以合作开课，开展多维评价。
文章最后，再展示几个其他学科的综合性案例：
1）通用技术和化学结合。在实践之前，先在化学课上让学生进行主题项目的探究，然后把好的项目拿到选修课上做实验。
比如，我们会让学生探究，冬奥火炬为什么使用氢气作燃料？如何制备氢气？学生会有很多设想，如果要做实践探究，就需要利用一些技术知识。
再比如，我们会让学生探究，过去的电池制作是基于什么样的原理？现在的电池是如何做的？还会让学生畅想，今后的电池可能会发展成什么样？提出设想之后，也可以在实践课上进行探究。
2）通用技术和生物结合。我们结合课标和课内重点知识，分出了三类，一类是模型类，比如 DNA模型、新冠病毒模型；一类是探究类，比如对酵母菌呼吸作用的探究、豌豆杂交实验；一类是系统工程类，比如堆肥桶，生物学科不会提供课时来做堆肥桶设计，我们可以在选修课上利用技术知识把堆肥桶设计出来，然后再到生物课上去做生物实验。
下图是我们即将要做的一个跨学科合作项目，会让学生探究酵母菌呼吸作用，这是生物必修一里的一个重要知识。利用酵母菌，学生会尝试制作泡菜、米酒、果醋，然后再做烘焙和发酵的实践比较，这里又会涉及到一些化学知识。
3）通用技术和化学、物理结合。项目最后的主要任务是搭建一个小车，化学老师会指导学生制作驱动小车的电池，物理老师会指导学生如何设计传动结构让小车运行得更快，最后，技术老师引导学生把小车做出来。
4）通用技术和科学、语文结合。除了设计酿酒装置，我们还会让学生分析古文中对酿酒原料的描述，分析“酒文化”，和语文学习联系起来。
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